本发明专利技术涉及一种基于多步插值的频偏估计方法，包含步骤：对一定长度的采样值L进行4次方MQAM调制格式或M次方MPSK调制格式运算，然后从中选取少量的一段数据N0作FFT，求得最大频谱值对应的频率，作为粗频偏估计值；在相距粗频偏估计值±0.5处，用N0个采样点分别进行DFT，得到两个频谱值，利用这两个值计算出频偏估计误差，对粗频偏估计值作修正，得到一步插值后的频偏估计值；在相距一步插值后的频偏估计值±0.5处，用2N0个采样点分别进行DFT，得到两个频谱值，利用这两个值计算出估计误差，对粗频偏估计值作修正，得到两步插值后的频偏值；依次类推，直到用L个采样点进行DFT插值得到最后的频偏估计值。该算法复杂度低，适用于所有相干光通信系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信领域，更具体地说，涉及相干光通信系统中的基于多步插值的频率偏移估计方案。
技术介绍
为了提高频谱利用率和通信容量，在光通信中采用了高阶调制格式调制信号，同时利用了光载波的幅度和相位信息。这种采用高阶调制格式的信号需要采用相干解调才能将信号恢复。所以在接收端需要配备相干接收机。相干接收机中设置有本地激光器，用于对接收信号进行相干解调。对于零差相干探测方式，要求接收端的本地激光器要和发射端激光器同波长。然而由于激光器的制作工艺及激光器自身的不稳定性，很难制作出两个完全同波长的激光器，所以在接收端需要进行载波恢复，得到和发射端一样波长的光源，或对这种频率偏差产生的影响进行补偿。若采用光器件进行波长矫正，可以采用光锁相环来对接收的光信号进行锁相，使得本地光和发射端光源具有相同的波长。然而，这种方式采用了光锁相环，费用昂贵。另一种方式是采用数字相干接收机，即先将相干接收后的信号变为电信号，然后进行模数转换，变为数字信号，用数字信号处理(DSP)技术，对信号进行补偿。这种方式，不仅可以补偿频率偏移，还可以补偿色散、相位噪声等，而且价格低廉，所以这种方法已被广泛采用。频偏，即频率偏移或频率偏差，是指发射端光源波长和接收端光源波长之差，数字接收机中的频偏补偿一般分为两个步骤，即先作频偏估计，估计出频偏值，再进行频偏补偿，将频偏值补偿到信号中。利用FFT运算和插值DFT算法对频率进行估计，已在无线通信领域被广泛使用。它具有抗噪能力强，估计精度高等优点。本专利技术是对这种算法进行了改进，提出了逐步增加采样点，进行多步插值的思想，这种算法可以达到和原来传统DFT插值算法相同的估计精度，但复杂度被大大的降低了。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于相干光通信系统的基于多步插值的频偏估计方法，用不同的采样点进行了多次DFT插值计算，逐步得到精确的频偏值，包括步骤：(1)对一段长度为L的采样值进行4次方或M次方运算，得到去调制信号的数据值；(2)选取前N0个去调制信号的数据值，作FFT运算，得到其频谱值；(3)对各频谱值取模，并搜寻其最大值，得到其对应的频率，作为粗频偏估计值f0；(4)在相距粗频偏估计值f0的±0.5处，即f0±0.5处，对前N0个去调制信号的数据值用DFT计算出两个幅值的大小，并用这两个幅值计算出估计误差δ；(5)用估计误差δ对粗频偏估计值f0进行修正，得到一步插值后的频偏估计值f1；(6)用f1代替f0，用2N0代替N0，重复步骤(4)、(5)，到的f2；(7)依次类推，直到L个采样值都被用到，得到最终的频偏估计值。在上述技术方案中，所述步骤(1)中对MQAM信号，采用4次方运算，对于MPSK信号采用M次方运算；采样值长度L为2的整数次幂。在上述技术方案中，所述步骤(2)中N0为2的整数次幂。在上述技术方案中，所述步骤(4)、(5)进行了多次插值，插值次数可以通过下面公式进行计算：m＝log2(L/N0)+1。本专利技术取得了以下技术效果：算法复杂度低，适用于所有相干光通信系统。附图说明图1为用于相干光通信系统的基于多步插值的频偏估计方法的流程图；图2为对多步插值算法进行仿真得到的归一化均方误差与信噪比SNR的关系曲线图；图3为多步插值算法的频偏估计范围图(信噪比10dB，总数据点个数为1024)；图4为多步插值算法在不同总数据长度情况下，MSE与SNR的关系图；图5为多步插值算法的频偏估计范围图(信噪比12dB，总数据点个数为2048)；图6为多步插值算法的归一化均方误差与信噪比SNR的关系曲线图；图7为传统DFT插值算法和本专利提出的多步插值算法进行频偏估计，所需要的复数乘法个数的对比图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术提供了一种频偏估计算法，用于具有MQAM和MPSK调制格式的相干光通信系统，该算法具有较高的估计精度和较低的运算复杂度。图1为本专利技术提供的频偏估计算法的流程图，其包括以下步骤：1)对接收到的长度为L的采样点yk作幂次方运算，其中对于MPSK调制格式的信号做M次方运算，对于MQAM调制格式的信号做四次方运算，得到去调制信号的数据点：2)取前N0个去调制信号的数据点，作FFT变换，得到其频谱值。3)对各频谱值取模值，搜寻其频谱幅值的最大值，得到最大值对应的频率值fpeak，则粗频偏估计值可以表示为下面都以MQAM为例进行说明，对于MPSK信号，只要将下面出现的系数4代换为M即可。4)作第一步插值运算：设其中Ts为符号周期，k表示第k个数据点，先在n0左右相距0.5处，用前N0(N0为2的整数次幂)个去调制数据点计算其频谱值，即：然后计算粗估计频偏的误差值：5)用粗估计频偏的估计误差对粗频偏估计值进行修正，得到一步插值的频偏估计值：6)作第二步插值运算：设在n1左右相距0.5处，用前2N0个去调制数据点计算其频谱值，即：然后计算一步插值的频偏估计误差值：得到两步插值的频偏估计值：7)依次类推，第m步插值运算，在nm-1左右相距0.5处，用前Lm个去调制数据点计算其频谱值，即：然后计算第m-1步插值运算的频偏估计误差值：得到第m步插值的频偏估计值：其中，m＝1,2,3...，代表了多步插值的阶次或步数，它决定了算法的估计精度和所需总的数据点个数Lm(Lm＝N0·2m-1)。图2为28-Gbaud QPSK相干光通信系统下，对多步插值算法进行仿真得到的归一化均方误差(MSE，定义为))与信噪比SNR的关系曲线图。仿真时，激光器线宽设为100kHz，频偏值从[-3.4GHz,3.4GHz]范围内随机选取，每个SNR都进行了2000次仿真，总数据点长度为L＝1024。图2中对比了不同步数插值的性能。N0＝1024、N0＝512、N0＝256、N0＝128分别对应于m＝1、m＝2、m＝3、m＝4。N0的选取是根据实际中所需要的信噪比门限值来确定的，由图2可知，N0值选取的越大，信噪比门限越低，当N0＝L时信噪比门限最低，此时由于只做了一次插值计算，所以多步插值算法已退变为传统的DFT插值算法。而总点数Lm(或迭代步数m)的选取是根据实际中所需要达到的估计精度所决定的，更具体地，只要满足下一步相位估计算法所能容许的工作范围即可。图3展示了28-Gbaud QPSK相干光通信系统下，多步插值算法的频偏估计范围。仿真中，信噪比为10dB，总的数据点个数为L＝1024，每个频偏值都进行了2000次仿真，N0取256(即m＝3)。从图中可以看到，该多步插值算法的估计范围可以达到[-3.4GHz,3.4GHz]。图4展示了28-Gbaud QPSK相干光通信系统下，当N0＝256时，多步插值算法在不同总数据长度L＝1024和L＝2048的情况下，MSE与SNR的关系。从图中可以看出，L越大，该算法的估计精度越高，但因为采用的N0值在L＝1024和L＝2048情况下都为256，所以信噪比门限相同，都为7dB。图5展示了28-Gbaud 16QAM相干光通信系统下，多步插值算法的频偏估计范围。仿真中，信噪比为12dB，总的数据点个数为L＝2048，每个频偏值都进行了2000次仿真。从图中可以看到，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于相干光通信系统的基于多步插值的频偏估计方法，用不同的采样点进行了多次DFT插值计算，逐步得到精确的频偏值，其特征在于包括步骤：(1)对一段长度为L的采样值进行4次方或M次方运算，得到去调制信号的数据值；(2)选取前N0个去调制信号的数据值，作FFT运算，得到其频谱值；(3)对各频谱值取模，并搜寻其最大值，得到其对应的频率，作为粗频偏估计值f0；(4)在相距粗频偏估计值f0的±0.5处，即f0±0.5处，对前N0个去调制信号的数据值用DFT计算出两个幅值的大小，并用这两个幅值计算出估计误差δ；(5)用估计误差δ对粗频偏估计值f0进行修正，得到一步插值后的频偏估计值f1；(6)用f1代替f0，用2N0代替N0，重复步骤(4)、(5)，到的f2；(7)依次类推，直到L个采样值都被用到，得到最终的频偏估计值。
【技术特征摘要】
1.一种用于相干光通信系统的基于多步插值的频偏估计方法，用不同的采样点进行了多次DFT插值计算，逐步得到精确的频偏值，其特征在于包括步骤：(1)对一段长度为L的采样值进行4次方或M次方运算，得到去调制信号的数据值；(2)选取前N0个去调制信号的数据值，作FFT运算，得到其频谱值；(3)对各频谱值取模，并搜寻其最大值，得到其对应的频率，作为粗频偏估计值f0；(4)在相距粗频偏估计值f0的±0.5处，即f0±0.5处，对前N0个去调制信号的数据值用DFT计算出两个幅值的大小，并用这两个幅值计算出估计误差δ；(5)用估计误差δ对粗频偏估计值f0进行修正，得到一步插值后的频偏估计值...
【专利技术属性】
技术研发人员：李海涛，辛鹏，黄丽艳，安慧蓉，喻杰奎，袁卫国，雷学义，李垠韬，徐健，曹丽，邱俊祥，何国良，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，武汉光迅科技股份有限公司，国网冀北电力有限公司信息通信分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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